铝热还原法碳热还原法氢还原法冶炼金属钒.doc

铝热还原法+碳热还原法+氢还原法冶炼金属钒(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)。铝还原五氧化二钒的还原反应如下:3V2O5+2Al=3V2O4+Al2O33V2O4+2Al=3V2O3+Al2O33V2O3+2Al=6VO+Al2O33VO+2Al=3V+Al2O3由以上四式可得如下总反应式:3V2O5+10Al=6V+5Al2O3上述总反应式反应的焓变为每6molV为-3735kJ或每1gV与Al2O3渣为-,属于高放热反应。另外,V、Al2O3的熔点分别为1910℃、2050℃,相对较低,有利于形成熔渣及金属钒锭。但当铝过量时,会形成Al-V合金,使脱出铝的难度加大。铝还原三氧化二钒的还原反应如下:V2O3+2Al=2V+Al2O3该反应放热量较低,达不到渣熔化的温度,故只能制取粒状产品,而铝热法的渣不溶于水,故不适于用浸出法处理。变通的方法为加入助熔剂,如KClO3,反应如下:KClO3+2Al=KCl+Al2O3该反应放出较多热量,使渣熔化,冷却后便于与金属钒锭分离。,Carlson采用二步法用铝还原V2O5制取钒。第一步制取Al-V合金,第二步再精练制取高纯钒。采用Al2O3钢罐内衬,抽真空充氩气,用燃气炉外源加热至750℃,点燃反应,反应迅速,冷却后分离渣与合金,合金再用HNO3溶液浸洗,然后粉碎成6mm的块。Peerfect对两步法又作出改进,改用铜坩埚,并用夹套水冷,取代有内衬的钢罐,避免了内衬耐火材料带来的污染,铜坩埚也用高纯材料制成。抽真空充氩气,加入炉料V2O5500g、铝屑400g,混匀压紧;上部添加启动料V2O590g、高纯铝粉50g、I220g,用一个金属钒丝盘条埋入启动料中,抽真空、排氮气、充氩气;钒丝充电启动点燃,升温至2050℃,反应迅速完成,冷却后通过重力分离渣和含金。,钒含量为90%,可采用熔盐电解法进行精炼提纯,得到具有良好延展性、%的钒。试用过的5种电解液,包括Li、Na、K、Ca、Ba的氯化物与VCl2配成的电解液,以KCl-LiCl–VCl2,CaCl2-NaCl–VCl2为最好。熔盐电解钒的反应如下:阳极反应:V(粗)+2Cl-=VCl2+2e阴极反应:VCl2+2e=V(精)+2Cl-总反应:V(粗)=V(精)使用V2O5为原料,用敞开式铝热还原法制得的还原钒,用KCl-NaCl–VCl2电解液,所得精钒,有效脱除了N、Si,剩余杂质主要是Fe,还有O、Cr、Cu。、,只有当温度在1700℃以上时,碳还原钒氧化物在热力学上才是可行的。同时,当高于1700℃时,与钒的氧化物比较,CO是最稳定的,为此碳热还原反应可以用下式予以概括:1/yVxOy+C=x/yV+CO但是碳与钒的亲和力很强,新生的钒极易与碳结合生成VC(或V2C),所以用碳还原氧化钒的历程应该如下式所示:1/yVxOy+(1+x/y)C=x/yVC+CO1/yVxOy+VC=(1+x/y)V+CO事实上的反应历程还要复杂些,例如钒的还原,要经历V2O5、V2O4、V2O3、VO、V(O)s、V等阶段,而碳化钒也有VC、V2C、V(C)s、V等阶段。此处的V(O)s和V(C)s分别代表O、C溶解于钒中形成晶系间化合物的形态。经过前人所作的归纳,钒氧化物碳热还原的过程可按如下步骤进行。当温度低于1000℃时,反应按下式进行:V2O5+CO=2VO2+CO2VO2+CO=V2O3+CO2当温度高于1000℃时,则反应继续进行,并形成CO:V2O3+5C=2VC+3CO2V2O3+VC=5VO+COVO+3VC=2V2C+COVO+V2C=3V+CO按上述反应历程,欲制取金属钒,必须将钒氧化物先还原成VO、V2C,故必须采用多个还原步骤。①Joly用碳热法还原V2O5,。第一步:乙炔炭黑+V2O5,配比x(O)/x(C)=(摩尔比,下同),即V2O5+4C,400时540℃,还原至生成V2O4;第二步:调整组分为V2O4+,加热至1350℃,抽真空至10Pa,制成VC(含V86%-87%、含C5%-6%、含O7%-8%);第三步:加炭黑或V2O3,调整O/C=1,热至1500℃,,3h,制得粗钒(含V96%-97%、含C1%-%、含O2%-3%);第四步:调组分使O/C=1,1700℃,1.